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倉持 勝也*; 山本 風海; 金正 倫計
JAERI-Tech 2003-055, 148 Pages, 2003/07
JAERI-Tech-2003-055.pdf:24.48MB
大強度陽子加速器計画において、3GeVラピッドサイクリングシンクロトロン(3GeV-RCS)用の入射ビームダンプは、黒鉛薄膜でH
に変換できなかったH
とH
ビームを吸収廃棄するために設置される。ビームダンプに吸収されるパワーは、現在の設計では1kWに達するため、ビームダンプの成立性を検討するうえで、ダンプにおける最高温度及び熱応力を評価する必要がある。そこで、MARSコードを用いて発熱分布を評価し、それを基にしてANSYS コードで温度と熱応力分布の解析評価を行った。その結果、1kW入射条件下で数回の運転サイクル(3週間のビーム運転と1週間のビーム停止期間を合わせて1サイクル)を繰り返した後、鉄部の中心で370Kに達するものの、ビームダンプの鉄部とトンネルのコンクリート壁との境界はコンクリートの許容耐熱温度よりも低い320K程度に抑制できることが分かった。また、最大ミーゼス応力(相当応力)は鉄部で96MPa,コンクリート壁で約0.2MPaとそれらの許容応力よりも低い値であった。
武田 精悦; 長谷川 健; 杉原 弘造; 中司 昇; 中野 勝志; 松井 裕哉; 石丸 恒存
JNC TN7410 2000-003, 65 Pages, 2000/11
JNC-TN7410-2000-003.pdf:5.09MB
None
越塚 誠一*; 向原 民*; 岡野 靖; 飯田 将雄*; 山口 彰
JNC TY9400 2000-012, 91 Pages, 2000/03
JNC-TY9400-2000-012.pdf:2.82MB
液体ナトリウムの漏洩燃焼挙動の解析には、ナトリウム液滴やナトリウムプールの燃焼、床に落下したナトリウムの広がり、燃焼生成物の堆積など、様々な現象を複合して解析する必要がある。特に、床ライナーの温度分布の評価には、落下したナトリウムがどのように広がるかが重要である。核燃料サイクル開発機構では、こうした複雑な液体ナトリウム漏洩燃焼挙動解析のため、粒子法による計算コードを開発している。粒子による熱流動解析手法は東京大学において本研究者らによって開発されたもので、従来の差分法などと比較して、流体の分裂・合体や堆積・凝固を容易に扱うことが可能である。本研究では、ナトリウムの凝固や燃焼生成物の堆積挙動を解析するため、固相の粒子計算モデルの開発、これを利用した凝固・堆積の粒子計算モデルの開発、表面張力の粒子計算モデルの開発をおこなった。固相の解析のため、ヤング率とポアッソン比で記述される弾性体の運動を、粒子間相互作用で計算するモデルを新たに開発した。この方法では、従来の有限要素法での要素分割の必要がないので、弾性体の大変形のみならず、破壊なども容易に解析できる。特に粒子に回転の自由度を持たせたことで、角運動量の保存性が得られた。弾性体に正弦波状の変位を与え本計算モデルを適用したところ、応力分布や圧力分布は解析解と良く一致した。凝固を伴う熱流動解析法として、熱流動をこれまでの粒子法(MPS法)で、凝固した後の固相を弾性体として解析するモデルを開発した。初期に幅10cm高さ20cmの2次元矩形状液体ナトリウムの、厚さ1cm長さ1mのステンレス板上での広がり挙動を、本手法を用いて計算した。仮にナトリウムおよびステンレスの熱伝導率や粘性を実際よりも大きな値を用いると、先端が凝固することにより、ナトリウムの広がりが抑制されるという結果が得られた。なお、本計算モデルは燃焼生成物の堆積挙動にも適用できる。表面張力の効果を取り入れるため、その粒子計算モデルを開発した。液面形状を描かずに粒子数密度から曲率など必要な微分幾何の諸量を計算するアルゴリズムとし、流体が分裂や合体をする場合にも適用できるようにした。エタノール液滴の振動の計算をおこない、従来のVOF法による結果と良い一致を得、モデルが妥当であることを示した。さらに、表面張力が卓越する場合の流体の広がり挙動を解析し、広がった流体が複数の液滴
松井 裕哉; 前田 信行; 瀬戸 政宏*
JNC TY7430 2000-001, 57 Pages, 2000/03
JNC-TY7430-2000-001.pdf:2.17MB
大規模地下空洞や大深度地下構造物の建設は、空洞周辺岩盤が本来持っている力学的・水理学的な物性を変化させ、空洞の安定性や地下水流動へ影響を及ぼす。資源環境技術総合研究所とサイクル機構は、岩盤の力学的安定性に関する調査方法や評価方法をテーマとして、平成元年度より共同研究を実施している。平成10年度から第4フェーズとして、岩盤空洞の安定性に関する評価方法の検討というテーマで、主として掘削影響領域を評価するための基礎データとなる初期応力状態や二次応力状態の計測・評価手法などについて検討することとした。本年度は、東濃鉱山の地表から掘削した深度約200mのボーリング孔において、AE法、DRAによる三次元初期応力測定およびAE法と水圧破砕法による初期応力測定を実施し、三次元的な初期応力状態を把握するとともに初期応力状態の評価手法の適用性について検討した。それらの結果の概要について、以下に述べる。・鉛直方向の応力値は、堆積岩部では推定される土被り圧とほぼ等しく、花崗岩部ではそれより少し大きい。・水平最大主応力値は、深度と共にほぼ直線的に増加し、その勾配は花崗岩部の方が大きい傾向にあった。・水平最大主応力値は、堆積岩部では概ねN-S
N45
Wで、花崗岩部ではほぼN45°W方向であった。・応力環境については、堆積岩部で遷移型(
H
=h)、花崗岩部では遷移型もしくは横ずれ断層型(HhV)の応力環境であった。・今回用いたAE法、DRAおよび水圧破砕法は初期応力測定手法としての適用性があり、AE法と水圧破砕法を組み合わせた三次元的な応力状態の評価方法は有効であることが示された。
喜多 治之*; 中田 雅夫*; 田村 富雄*
PNC TJ7176 98-003, 68 Pages, 1998/03
岩盤中に水平坑道や立坑を掘削すると、空洞周辺では掘削の影響により岩盤本来の力学的・水理学的特性が変化する領域(掘削影響領域)が形成される。掘削影響領域における岩盤の特性の変化は、掘削による岩盤の損傷や応力再配分よる新たなクラックの発生、既存クラックの開口、あるいは閉塞によるものと考えられる。掘削影響領域の範囲を把握することは、地下構造物の設計、建設を行う上で非常に重要である。掘削影響領域の範囲を把握するために、東濃鉱山北延NATM坑道の発破掘削区間に掘削されたBVP-2号孔のコアを用いて、微細なクラックや空隙の分布状況を蛍光法と画像処理法によって調べた。蛍光法とは、岩石中のクラックや空隙に蛍光剤を固定し、紫外線を照射することによりクラックや空隙を可視化する方法である。蛍光法によりコアサイズの観察から薄片観察までの一連の観察を行い、自然光では識別できないような微細なクラックを可視化した。さらに、画像処理によるクラックの個数や長さの計測を行い、坑壁からの深度との関係を調べた。その結果、クラックの分布と坑壁からの距離との間に明確な相関は認められず、観察されたクラックの多くは掘削の影響により形成されたものではなく、乾湿にともなう劣化によって形成されたクラックであると推察された。
布施 圭介*; 茂木 紀子*
PNC TJ1454 98-001, 149 Pages, 1998/02
本研究では、東北日本弧の地殻変動のシミュレーションモデルの作成をめざし、文献調査等によりデータの収集・解析を行った。その結果、以下のことが明らかとなった。(1)東北日本弧のプレート境界には、海溝吸引力と海錨力から派生した応力が働き、プレート収斂速度の法則から5
10-15/sの地殻短縮速度で地殻が変形していると推定される。(2)地質断面、活断層・地震、測地学の各種データから算定された水平歪速度は、最大で一桁以上の違いが生じた。そのような違いはデータの特性に由来すると考えられ、1000年以上におよぶ定常的な水平歪速度は、地質断面から求められた値と測地学的に求められた値の中間値:10-15/sのオーダーと推定される。(3)東北日本弧のコンラッド不連続面およびモホ不連続面の深度分布は、それぞれ1520km程度、2936km程度で、陸上部で最も厚く、東西海側に向かって薄くなる。(4)脆性/延性遷移境界はほぼ400
等温面に一致し、奥羽脊梁山脈では1213kmと浅く、東西海側に向かって深くなる。(5)地殻応力プロファイルから、下部地殻の大部分と最上部マントルは100MPa以下で、大部分は20MPa以下であることが明らかになった。高応力のseismogenic layerは奥羽脊梁山脈で最も薄いので、一様な水平圧縮を受けた場合には、そこに応力が集中し、かつ上方に湾曲して上昇すると推定される。(6)地殻応力の最高値は500800MPaに達し、常識よりかなり高い。これは孔隙圧を一定と仮定したためであるが、孔隙圧と深度の関係は明らかにされていない。(7)プレート底面と沈み込む海洋プレートとのカップリング境界に囲まれた上盤プレートをべき乗流体を含んだ改良マクスウェル物体でモデル化する。アイソスタシーや地殻短縮速度が成立するように、その領域の応力や歪を有限要素法によってシミュレートする。
茂呂 吉司*; OANH T D P*; 雨宮 清*
PNC TJ1412 97-001, 605 Pages, 1997/03
放射性廃棄物の地層処分においては緩衝材とその周辺岩盤に、廃棄体から発生する熱による力学・透水特性の変化、地下水の侵入による伝熱・力学特性の変化、緩衝材の膨潤、岩盤の変形による伝熱・透水特性の変化等が相互に複合して生じる。このため、人工バリア及びその周辺岩盤の伝熱特性、力学的挙動、水理特性等を評価するためには、これらの熱-水-応力連成現象を解析するモデル、コードの開発・確証が必要である。釜石鉱山においては、白亜紀初期の花崗岩中で原位置試験が進められてきた。本試験はその1つとして、熱-水-応力連成概念モデルを確立し、数学モデルとコンピューターコードを確証する目的で平成6年度に開始された。試験は、試験坑道掘削、岩の特性調査、試験ピット掘削、ベントナイトの埋設と連成試験の5段階に分かれている。昨年度までに、発破工法によって試験坑道掘削、14本の試錐と各種計測機器の埋設、大口径ボーリングによるピット掘削と岩盤挙動計測などが終了した。本年度は、試験ピット内に緩衝材を原位置締固め方式で施工し、同時に、緩衝材中に発熱体と熱-水-応力連成現象を観察する各種計測器を埋設したので報告する。
二川 正敏; 高田 昌二; 武石 征行*; 伊与久 達夫
Nucl. Eng. Des., 166, p.47 - 54, 1996/00
被引用回数：4 パーセンタイル：39.42(Nuclear Science & Technology)高温ガス炉の黒鉛構造物にはキー連結構造が採用される。地震時に動的荷重が集中するキー構造は、黒鉛構造物の健全性を評価する上で、重要な要素である。そこで、キー構造の動的挙動、すなわち黒鉛構造物の振動特性に影響するキー構造の等価剛性、動荷重下でのキー溝回りの応力分布、について黒鉛キー構造試験体を用いた振動実験及び動的光弾性実験により調べた。さらに、等価剛性に関する接触変形を考慮した有限要素法解析を行った。その結果以下の結論を得た。(1)キー構造の等価剛性は接触変形による非線型性を示す。(2)非線型等価剛性を用いた振動解析結果は、キー構造物の振動特性を良く表わす。(3)動的荷重負荷時のキー溝回りの応力集中は、静的な場合より低下もしくはほぼ等しい。
not registered
PNC TJ1449 95-003, 117 Pages, 1995/03
岩盤内に水平坑道や立坑を掘削することにより、空洞周辺では岩盤本来の力学・水理学的特性が変化することが知られている。このような掘削によって発生する岩盤の特性変化を把握し、評価することは、地下施設の設計・建設や安全性評価を行う上で重要な事項のひとつである。動力炉・核燃料開発事業団では昭和62年度以来、東濃鉱山において水平坑道および立坑を掘削し、それに伴い発生する掘削影響の範囲と特性の変化の程度に関する評価研究を実施してきた。これらの研究では、坑道掘削に発破工法を使用しており、掘削影響は主として発破に伴う岩盤の損傷により発生したことが明らかになっている。これに対し、平成5年度から機械掘削による影響評価試験を実施し、発破による掘削影響との比較により工法の違いによる掘削影響の違いを考察する予定である。本研究では、平成5年度に引き続き機械掘削による影響評価試験の事前調査として、岩盤内変位を測定するためのボーリング孔の壁面観察、2種類の岩盤内変位計の設置と初期値の計測、および岩石の拘束圧と透水性の関係を評価するための室内透水試験を行った。さらに、平成5年度および6年度の調査により取得されたデータに基づき、5年度に用いた解析モデルの見直しを行い、坑道掘削時の岩盤挙動を予測するための事前解析を行った。事前解析では、初期応力、地質構造、坑道周辺の掘削影響領域を考慮した。これらの事前調査および事前解析の結果を、平成5年度に得られた結果と併せてとりまとめ、機械掘削を行う前の岩盤の状態を評価した。最後に、坑道掘削後の事後調査および事後解析の計画検討を行った。
町田 秀夫*
PNC TN9410 90-096, 162 Pages, 1990/06
構造物強度確性試験施設を用いた熱過渡強度試験は、FBR機器の耐熱応力設計法の開発、特に裕度の適性化や評価法の確立といった課題に対して実施されている。本報は、構造物強度確性試験施設で実施する溶接容器型モデル熱過渡強度試験用供試体の製作について示すものである。本供試体は、FBR大型炉の構造設計において課題となる典型的な形状及び応力分布をモデル化した形状を採用すると共に、供試体の一部に大型炉用候補材料の1つとされている改良SUS316鋼を採用している。本供試体は、肉厚25mm,高さ2210mm,外径850mmの縦置スカート支持のまゆ型の容器であり、出入口ノズル,上部Yピース部,本体リング部,スカートYピース部,中子リング部,中子取付部の7箇所の強度試験対象部を含んでいる。供試体の設計では、流動・伝熱解析を実施して、評価部位の熱過渡条件を定め、この熱過渡条件に基づいて熱伝導解析、熱応力解析を実施した。更に、この結果を用いて、安全裕度を取り除いた構造物強度確性試験施設用専用設計基準による強度評価を実施した。使用材料及び施工法は、FBR大型炉の機器構造へ適用できるグレードとした。
浅山 泰*
PNC TN9410 90-054, 125 Pages, 1990/01
本報告は,溶接継手のクリープ疲労評価法およびき裂進展評価法等の高度化に資することを目的として材料開発室に建設された,「溶接部ナトリウム中熱疲労試験装置」の試験開始に先立ち実施された予備解析をまとめたものである。この予備解析は,試験体の熱応力解析に関するものである。本予備解析では,本試験時に主に問題となると考えられる以下のパラメータが,試験体に発生する温度分布・応力分布に及ぼす影響を定量的に検討し,本試験を円滑に遂行するための展望を得た。1) 熱伝達係数2) 熱過渡温度差3) 試験体浸漬速度4) 試験体が母材である場合と溶接継手である場合5) 負荷が熱応力である場合と機械荷重である場合
Qin, T. Y.*; Zhang, H.*; Zhou, L.*; Ao, N.*; 徐 平光; Su, Y. H.; Wu, S. C.*; 菖蒲 敬久
no journal, ,
The S38C railway axles are developed for Shinkansen (Bullet Train) through high-frequency induction hardening and the residual stresses are introduced into the axle with a depth of several millimeters. Residual stresses seriously affect the fatigue mechanical strength and fatigue life of engineering structures, and the accurate determination and the optimization control of the three-dimensional (3D) residual stress distribution of high-speed railway S38C axles are increasingly necessary for improving the axle service life. Here, the residual stresses of the S38C axle samples were measured by using the RESA (residual stress analyzer) angle dispersive neutron diffractometer at JRR-3 (Japan research reactor No.3). The large axle samples were electro-discharge machined into: (a) 3 mmH3 mmA20 mmR comb-shape stress-free coupons with a comb spacing of 1 mm to relieve the transformation induced residual stresses and determine the stress-free lattice spacing, d0; (b) sectioned bar sample 120mmA15mmR 15mmH) and sectioned fan sample (91mmR158mmH15mmA) to well measure the stress distribution in limited beam time. The residual stress distribution of the large axle samples was obtained in three directions (axial(A), radial(R) and hoop(H)) from the surface to the core. Unlike previous studies that only focused on the axial residual stresses of the axle, we found that the hoop residual stresses also have considerable values, which verified the necessity of 3D residual stress testing. Subsequently, according to the residual stress field and basic mechanical properties of the S38C axle obtained by experiments, the 3D residual stress field is reconstructed in the real axle by using an iterative technique. These results are much valuable to reveal the fatigue failure behavior of high-speed railway axles after surface strengthening and to optimize the non-destructive inspection interval.
